孫兆陽(yáng)

（中國(guó)中元國(guó)際工程有限公司 北京 100089）

1 導(dǎo)言

近十幾年來(lái)，中國(guó)建筑行業(yè)蓬勃發(fā)展，不計(jì)其數(shù)的高樓大廈拔地而起，國(guó)人正在經(jīng)歷著一次居舍以舊換新的浩大工程。與此同時(shí)，很多老舊建筑雖然年代久遠(yuǎn)，但是其本身結(jié)構(gòu)仍然完好，尚具有一定的使用價(jià)值。將既有建筑重新改造，是對(duì)能源的充分利用，具有生態(tài)文明建設(shè)的深刻意義。下文中則以一工程實(shí)例介紹某市建筑加固的初步設(shè)計(jì)。

2 項(xiàng)目概況

項(xiàng)目位于中國(guó)南方某市?？拐鹪O(shè)防烈度：6度0.05g，地震分組為第三組，場(chǎng)地土類(lèi)別：II類(lèi)。場(chǎng)地內(nèi)無(wú)液化土和濕陷性土；地下水水位較高，為正負(fù)0標(biāo)高下1.0m?；撅L(fēng)壓：0.40kN/m2。

建筑為一座高層建筑，地上7層，1層、2層層高為4.9m，3層至7層層高均為3.9m，建筑總高29.3m；建筑含一層地下室，地下室層高5.4m。柱網(wǎng)9.0m×9.0m，原設(shè)計(jì)混凝土標(biāo)號(hào)：C35。結(jié)構(gòu)體系為框架結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)類(lèi)型為樁基礎(chǔ)。該建筑尚處于設(shè)計(jì)使用年限中（50年），原建筑使用功能為廠(chǎng)房，改造后建筑使用功能為辦公樓，室內(nèi)使用空間主要為辦公室、會(huì)議室、活動(dòng)室等，地下室為車(chē)庫(kù)，本次改造中不含地下室，使用功能因而未改變。

3 設(shè)計(jì)過(guò)程

3.1 準(zhǔn)備工作

根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)規(guī)范》在結(jié)構(gòu)加固前，應(yīng)根據(jù)建筑物種類(lèi)，對(duì)建筑進(jìn)行可靠性鑒定和抗震鑒定。上述工作在初步設(shè)計(jì)階段前已經(jīng)預(yù)先完成，不再詳述。

本項(xiàng)目中，需要確定建筑使用年限，對(duì)于加固類(lèi)的建筑，其使用年限常規(guī)設(shè)計(jì)為30年，對(duì)應(yīng)結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)為1.0，本次設(shè)計(jì)采用30年使用年限。本項(xiàng)目原建筑為廠(chǎng)房，抗震設(shè)防類(lèi)別為丙類(lèi)，改造后為辦公樓，抗震設(shè)防類(lèi)別為丙類(lèi)，框架結(jié)構(gòu)的抗震等級(jí)未改變。本設(shè)計(jì)的內(nèi)容應(yīng)含有：對(duì)承載力不足的構(gòu)件（板、梁、柱、基礎(chǔ)）進(jìn)行加固，對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗震驗(yàn)算復(fù)核。

3.2 荷載取值

建筑原使用功能為廠(chǎng)房，樓地面及天花僅簡(jiǎn)單抹灰，無(wú)隔墻布置，原板面活荷載取值為3.0kN/m2。改造后建筑為辦公樓，樓地面和天花板增加地磚、吊頂?shù)妊b修材料，使用區(qū)域增加很多隔墻用于分隔辦公區(qū)域，板面活荷載取值主要為2.0kN/m2。由上所述，雖改造后樓面活荷載減小，但因各層均室內(nèi)裝修和隔墻增加，整體的恒荷載增加很多，原構(gòu)件的承載力可能已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足改造后要求，故必須對(duì)各層平面及整體進(jìn)行驗(yàn)算，并采取相應(yīng)加固措施。

3.3 梁板設(shè)計(jì)

梁板設(shè)計(jì)屬于結(jié)構(gòu)局部加固。在計(jì)算過(guò)程中，將竣工圖中的結(jié)構(gòu)構(gòu)件信息完成輸入到計(jì)算模型中，同時(shí)輸入改造后荷載，計(jì)算梁板配筋。計(jì)算結(jié)果顯示，部分樓板和梁承載力已不能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，應(yīng)進(jìn)行加固設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)中梁板加固采用了兩種方法：增大截面法，粘貼碳纖維法。

增大截面法主要用于需要大幅度提高承載力的混凝土構(gòu)件。設(shè)計(jì)中，部分次梁與主梁因?yàn)榫植糠块g隔墻較多，原設(shè)計(jì)已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足承載要求，對(duì)于這部分梁，設(shè)計(jì)采用了增大截面加固法。增大截面加固法，對(duì)梁截面進(jìn)行增大，受力鋼筋重新布置。計(jì)算時(shí)，將增大后截面輸入到整體計(jì)算模型中，使其滿(mǎn)足承載力和配筋率的要求，增大后截面與原截面的差值就是新增截面的數(shù)值。具體設(shè)計(jì)內(nèi)容為，部分梁下部加高200mm，部分梁下部加高150mm，新增下部鋼筋植筋到主梁或柱中，下部鋼筋按彎矩圖包絡(luò)設(shè)計(jì)，不全部植入原混凝土中，避免原構(gòu)件開(kāi)洞較多、植筋過(guò)密等不利情況。

粘貼碳纖維法用于對(duì)結(jié)構(gòu)承載力提升需求不高的混凝土構(gòu)件。粘貼碳纖維主要用于梁板抗彎承載力加固。粘貼碳纖維法對(duì)梁板結(jié)構(gòu)破壞小，施工方便，外觀上對(duì)結(jié)構(gòu)影響微乎其微，相比于其他加固方法對(duì)于提高梁板抗彎承載力具有明顯優(yōu)勢(shì)。計(jì)算時(shí)，對(duì)于樓板，將承載力不足的樓板板底雙向設(shè)置碳纖維，根據(jù)碳纖維凈截面面積計(jì)算出樓板加固后承載力，使其滿(mǎn)足改造后承載力要求；對(duì)于梁，將梁底通長(zhǎng)鋪設(shè)碳纖維，計(jì)算出加固后的梁承載力，使其滿(mǎn)足改造后承載力要求，部分梁根據(jù)需要增加碳纖維的層數(shù)，以增大承載力提高的幅度。

3.4 柱設(shè)計(jì)

柱屬于結(jié)構(gòu)的豎向構(gòu)件，整體荷載的增加對(duì)柱尤其是底層柱影響十分巨大，本建筑處于低烈度區(qū)，下層柱截面大部分由軸壓比控制，荷載增大后大部分下層柱軸壓比已經(jīng)不能滿(mǎn)足《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》中的要求，因此應(yīng)對(duì)柱進(jìn)行加固設(shè)計(jì)。降低柱軸壓比最簡(jiǎn)單且最直接的方法只有增大截面法。設(shè)計(jì)時(shí)，先將增大后柱截面代入模型進(jìn)行計(jì)算，復(fù)核柱軸壓比，確保柱軸壓比滿(mǎn)足規(guī)范限制要求，然后確定柱增大后截面。經(jīng)設(shè)計(jì)，首層和二層柱截面長(zhǎng)寬各邊均增加80mm，澆筑材料為C45高強(qiáng)灌漿料。

3.5 抗震驗(yàn)算

本次加固改造中，結(jié)構(gòu)整體恒荷載增加較多，地震作用會(huì)根據(jù)重力荷載代表值增大而增大。設(shè)計(jì)中將結(jié)構(gòu)整體模型代入到計(jì)算軟件中驗(yàn)算，當(dāng)?shù)貫榈土叶葏^(qū)（Ⅵ度），地震力組合并不起控制作用，構(gòu)件均根據(jù)重力荷載設(shè)計(jì)，本次設(shè)計(jì)未進(jìn)行抗震加固。

3.6 地基基礎(chǔ)驗(yàn)算

本項(xiàng)目采用樁基礎(chǔ)，地下室底板采用梁板式防水板。設(shè)計(jì)過(guò)程中，按照竣工圖將地基參數(shù)和基礎(chǔ)形式輸出到計(jì)算模型中，復(fù)核地基和構(gòu)件強(qiáng)度，經(jīng)計(jì)算，由于原設(shè)計(jì)中地基承載力和基礎(chǔ)均比較富余，原地基基礎(chǔ)可以滿(mǎn)足增大后的上部荷載。

地勘報(bào)告顯示，地下水水位很高，改造過(guò)程中，新增了大量構(gòu)件作為永久荷載，對(duì)建筑整體抗浮有利，故未進(jìn)行整體抗浮驗(yàn)算。改造內(nèi)容中不含地下室部分，建筑布局和使用功能無(wú)變化，因此未進(jìn)行防水板局部驗(yàn)算。

地基基礎(chǔ)初步設(shè)計(jì)中未采取措施。

4 結(jié)語(yǔ)

上述內(nèi)容簡(jiǎn)要敘述了該建筑的加固改造設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)結(jié)論可以滿(mǎn)足初步設(shè)計(jì)的深度要求。在建筑的使用過(guò)程中，其功能不一定一成不變的，往往在此過(guò)程中，要涉及到結(jié)構(gòu)加固改造的內(nèi)容。因此，我們?cè)谠O(shè)計(jì)新建筑的同時(shí)，也不能忽略既有建筑的加固設(shè)計(jì)，望此文可以對(duì)后續(xù)設(shè)計(jì)人有所幫助。

[1]《混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50367-2013）.

[2]《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50010-2010）（2016年版）.

[3]《工程結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》（GB50153-2008）.